1、บทนำเกี่ยวกับโอโซน

โอโซนมีสูตรเคมี O3 หรือเรียกอีกอย่างว่าออกซิเจนไตรอะตอมิกหรือซูเปอร์ออกไซด์ ได้ชื่อมาจากกลิ่นคาวของมัน และสามารถถูกทำให้กลายเป็นออกซิเจนได้เองที่อุณหภูมิห้อง ความถ่วงจำเพาะสูงกว่าออกซิเจน ละลายน้ำได้ง่าย และสลายตัวได้ง่าย เนื่องจากโอโซนประกอบด้วยโมเลกุลออกซิเจนที่พาอะตอมออกซิเจนไปด้วย จึงอยู่ในสถานะชั่วคราวเท่านั้น อะตอมออกซิเจนที่พาไปด้วยจะถูกใช้ไปโดยการออกซิเดชัน และอะตอมที่เหลือจะรวมตัวกันเพื่อสร้างออกซิเจนและเข้าสู่สถานะเสถียร ดังนั้น โอโซนจึงไม่ก่อให้เกิดมลพิษรอง

อัตราการสลายตัวของโอโซนในสารละลายน้ำจะเร็วกว่าอัตราการสลายตัวในสถานะก๊าซ อายุครึ่งชีวิตของการสลายตัวของโอโซนในน้ำสัมพันธ์กับอุณหภูมิและค่า pH เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น อัตราการสลายตัวจะเร่งขึ้น เมื่ออุณหภูมิเกิน 100 ℃ การสลายตัวจะรุนแรง เมื่ออุณหภูมิถึง 270 ℃ ก็สามารถแปลงเป็นออกซิเจนได้ทันที ยิ่งค่า pH สูงขึ้น การสลายตัวก็จะเร็วขึ้น อายุครึ่งชีวิตจะสลายตัวในอากาศที่อุณหภูมิและความดันปกติ ประมาณ 15-30 นาที

2、การประยุกต์ใช้โอโซนในการบำบัดน้ำ

การบำบัดน้ำเสียด้วยการออกซิเดชันด้วยโอโซนจะใช้โอโซนในอากาศหรือออกซิเจนที่มีความเข้มข้นต่ำ อุปกรณ์หลักในกระบวนการประกอบด้วยเครื่องกำเนิดโอโซนและอุปกรณ์สัมผัสอากาศกับน้ำ วิธีการออกซิเดชันด้วยโอโซนส่วนใหญ่ใช้สำหรับการฆ่าเชื้อในน้ำ การกำจัดสารมลพิษ เช่น ไซยาไนด์ในน้ำ การทำให้สีในน้ำลดลง การกำจัดไอออนของโลหะ เช่น เหล็กและแมงกานีสในน้ำ และการกำจัดกลิ่นและกลิ่นไม่พึงประสงค์

1. การฆ่าเชื้อโรคในน้ำ:

โอโซนเป็นสารฆ่าเชื้อราที่ออกฤทธิ์เร็วและครอบคลุมสเปกตรัมกว้างซึ่งมีประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อแบคทีเรียก่อโรคต่างๆ รวมถึงสปอร์ที่ต้านทานไวรัส ฯลฯ ได้ดีกว่าคลอรีน หลังจากฆ่าเชื้อด้วยโอโซนแล้ว คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของน้ำ เช่น ความขุ่นและสี ก็ได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ โดยทั่วไปแล้ว ความต้องการออกซิเจนทางเคมี (COD) สามารถลดลงได้ 50-70% การบำบัดด้วยออกซิเดชันด้วยโอโซนยังสามารถกำจัดสารก่อมะเร็ง เช่น เบนโซ (a) ไพรีนได้อีกด้วย

2. กำจัดสารมลพิษ เช่น ฟีนอลและไซยาไนด์ออกจากน้ำ:

ปริมาณโอโซนและอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่ต้องการสำหรับการบำบัดน้ำเสียที่มีฟีนอลและไซยาไนด์โดยใช้วิธีโอโซนนั้นสัมพันธ์กับปริมาณของสารมลพิษ เช่น ซัลไฟด์ในน้ำและค่า pH ของน้ำ ดังนั้นจำเป็นต้องทำการบำบัดล่วงหน้า การจะออกซิไดซ์ฟีนอลในน้ำให้เป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำนั้น ความต้องการทางทฤษฎีของโอโซนคือ 7.14 เท่าของปริมาณฟีนอล การใช้โอโซนเพื่อออกซิไดซ์ไซยาไนด์ ขั้นตอนแรกคือการออกซิไดซ์ไซยาไนด์ให้เป็นไซยาเนตที่มีพิษเล็กน้อย และปริมาณโอโซนที่ต้องการนั้นในทางทฤษฎีคือ 1.84 เท่าของปริมาณไซยาไนด์ ขั้นตอนที่สองคือการออกซิไดซ์ไซยาเนตให้เป็นคาร์บอนไดออกไซด์และไนโตรเจน และความต้องการทางทฤษฎีของโอโซนคือ 4.61 เท่าของปริมาณไซยาไนด์ วิธีการออกซิเดชันโอโซนมักใช้ร่วมกับวิธีการตะกอนที่ถูกกระตุ้น วิธีตะกอนที่ถูกกระตุ้นจะใช้เพื่อกำจัดสารมลพิษส่วนใหญ่ เช่น ฟีนอลและไซยาไนด์ก่อน จากนั้นจึงใช้วิธีออกซิเดชันโอโซนในการบำบัด นอกจากนี้ โอโซนยังสามารถย่อยสลายสารมลพิษ เช่น โซเดียมอัลคิลเบนซีนซัลโฟเนต (ABS) โปรตีน กรดอะมิโน เอมีนอินทรีย์ ลิกนิน ฮิวมัส สารประกอบเฮเทอโรไซคลิก และสารประกอบไม่อิ่มตัวเชิงโซ่ในน้ำเสียได้อีกด้วย

3. การฟอกสีน้ำ:

น้ำเสียจากการพิมพ์และการย้อมสามารถฟอกสีได้โดยใช้วิธีออกซิเดชันด้วยโอโซน น้ำเสียประเภทนี้มักมีโครโมโฟร์ เช่น ไดอะโซ เอโซ หรือสารประกอบแบบวงแหวนที่มีวงแหวนเบนซิน ออกซิเดชันด้วยโอโซนสามารถทำลายพันธะไดวาเลนต์ของโครโมโฟร์สี และทำลายสารประกอบแบบวงแหวน เช่น เบนซิน แนฟทาลีน และแอนทราซีนที่ประกอบเป็นโครโมโฟร์ จึงทำให้น้ำเสียฟอกสีได้ โอโซนมีอัตราการฟอกสีที่รวดเร็วและมีผลดีต่อสีที่ชอบน้ำ แต่มีอัตราการฟอกสีที่ช้าและมีผลไม่ดีต่อสีที่ชอบน้ำ น้ำเสียที่มีสีที่ชอบน้ำสามารถฟอกสีได้มากกว่า 95% โดยการบำบัดด้วยโอโซน 20-50 มก./ล. เป็นเวลา 10-30 นาที

4. กำจัดไอออนโลหะ เช่น เหล็กและแมงกานีส ออกจากน้ำ:

ไอออนของโลหะ เช่น เหล็กและแมงกานีส สามารถแยกออกจากน้ำได้โดยการออกซิเดชันของโอโซนเพื่อสร้างออกไซด์ของโลหะ ในทางทฤษฎี การใช้โอโซนจะมากกว่าไอออนของเหล็ก 0.43 เท่า และมากกว่าไอออนของแมงกานีส 0.87 เท่า

5. การกำจัดกลิ่นและกลิ่นไม่พึงประสงค์:

กลิ่นและกลิ่นเหม็นในน้ำผิวดินและน้ำรีไซเคิลจากอุตสาหกรรมเกิดจากผลิตภัณฑ์จากการย่อยสลายของแอคติโนไมซีต เชื้อรา และสาหร่าย รวมถึงมลพิษ เช่น แอลกอฮอล์ ฟีนอล และเบนซิน โอโซนสามารถออกซิไดซ์และย่อยสลายมลพิษเหล่านี้ได้ ช่วยขจัดกลิ่นและกลิ่นไม่พึงประสงค์ ในขณะเดียวกัน โอโซนยังสามารถใช้เพื่อการดับกลิ่นในโรงบำบัดน้ำเสีย โรงบำบัดตะกอน และขยะมูลฝอยได้อีกด้วย

6. ปรับปรุงคุณภาพน้ำเสีย B/C

สำหรับน้ำเสียบางชนิดที่มีสารประกอบอินทรีย์ที่ซับซ้อนซึ่งย่อยสลายได้ยาก คุณสมบัติออกซิไดซ์ของโอโซนสามารถใช้เพื่อย่อยสลายสารประกอบอินทรีย์ที่ซับซ้อนให้เป็นสารประกอบอินทรีย์ที่เรียบง่ายซึ่งย่อยสลายได้ทางชีวภาพในระดับหนึ่ง จากนั้นจึงนำไปบำบัดทางชีวเคมี โดยทั่วไปแล้ว โอโซนจะใช้สำหรับการบำบัดล่วงหน้าสำหรับน้ำเสียเคมีบางชนิด

3、บทนำเกี่ยวกับเครื่องกำเนิดโอโซน

เครื่องผลิตโอโซนเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ผลิตก๊าซโอโซน (O3) โอโซนเป็นสารที่สลายตัวได้ง่ายและไม่สามารถเก็บไว้ได้ จึงจำเป็นต้องผลิตและนำมาใช้ในสถานที่ (ในกรณีพิเศษสามารถจัดเก็บในระยะสั้นได้) ดังนั้นทุกสถานที่ที่สามารถใช้โอโซนได้จึงต้องใช้เครื่องผลิตโอโซน

เครื่องกำเนิดโอโซนมีอยู่ 3 ประเภทหลักๆ จำแนกตามวิธีการผลิตโอโซน คือ การคายประจุไฟฟ้าแรงสูง การฉายรังสีอัลตราไวโอเลต และอิเล็กโทรไลซิส

ประเภทการคายประจุแรงดันสูงแบ่งออกเป็นประเภทท่อและประเภทแผ่นตามโครงสร้างของห้องคายประจุของเครื่องกำเนิดโอโซน ซึ่งเป็นประเภททั่วไปของเครื่องกำเนิดโอโซนเช่นกัน

4、การเลือกอุปกรณ์โอโซน

1. การกำหนดปริมาณโอโซนสำหรับ COD ที่ย่อยสลายได้ยาก

คำนวณจากประสบการณ์การใช้ปริมาณ COD: โอโซน = 1:4

2. ตัวอย่าง:

น้ำเสียจากการพิมพ์และการย้อมสีบางชนิดผลิตน้ำได้ 20 ม.³/ชม. โดยมีดัชนี COD 300 มก./ล. ที่ผ่านการบำบัดจนเหลือ 100 มก./ล.

(1) รับประทานครั้งละ 1:3

(2) ลดค่าสัมบูรณ์ของ COD ลง 300-100=200mg/L

(3) หน่วยโอโซนที่ต้องการ = 200 * 3 = 600 มก. / ลิตร = 600 ก. / ม. ³

(4) ปริมาณโอโซนทั้งหมดที่ต้องการต่อชั่วโมงคือ 600g/m³ * 20m³=12kg

(5) อัตราการใช้โอโซน 90% ปริมาณโอโซนที่ต้องการผลิตต่อชั่วโมง = 12 กก. / 0.9 = 13.3 กก.

(6) ปัจจัยด้านความปลอดภัยคือ 1.2 และการเลือกโอโซนที่จำเป็นต่อชั่วโมงคือ 13.3 * 1.2=16 กก./ชม.

ข้างต้นเป็นปริมาณโอโซนบางส่วนที่ทดลองในโครงการ เนื่องจากกระบวนการผลิตที่แตกต่างกันและคุณภาพน้ำเสียที่แตกต่างกัน เพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียทางเศรษฐกิจหรือกระบวนการบำบัดที่ไม่ได้ผลลัพธ์ที่เหมาะสม จึงควรยืนยันปริมาณโอโซนผ่านการทดสอบขนาดเล็กเมื่อเลือกอุปกรณ์โอโซน

สูตรคำนวณเพื่อเลือกระดับโอโซน :

กำหนดปริมาณโอโซนตามคุณภาพของน้ำเสียและกระบวนการบำบัด กำหนดปริมาณการใช้โอโซนตามปริมาณโอโซนและปริมาณน้ำบำบัดรายชั่วโมง และเลือกจำนวนและรุ่นของเครื่องกำเนิดโอโซนตามปริมาณการใช้โอโซนรายชั่วโมง สูตรการคำนวณมีดังนี้:

จี=คิว*จี

ในสูตร : G คือ ปริมาณโอโซนที่ใช้ต่อชั่วโมง, กรัม/ชม.

Q - ความสามารถในการบำบัดน้ำเสียสูงสุดต่อชั่วโมง, m³/ชม.

G - ปริมาณโอโซน, กรัม/ม³ ของน้ำเสีย

5、 การออกแบบเครื่องปฏิกรณ์สัมผัสโอโซน

เครื่องปฏิกรณ์แบบสัมผัสสำหรับการบำบัดด้วยโอโซนเป็นอุปกรณ์ที่ละลายโอโซนในน้ำและรับรองเวลาในการเกิดปฏิกิริยากับโอโซน ดังนั้น เครื่องปฏิกรณ์แบบสัมผัสโอโซนจึงควรมีหน้าที่สองประการดังต่อไปนี้: ช่วยให้โอโซนมีอัตราการละลายที่สูงขึ้น (อัตราการดูดซับโอโซนที่สูงขึ้น) และอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่สูงขึ้น (อัตราการกำจัดมลพิษที่สูงขึ้น)

ข้อกำหนดการออกแบบสำหรับถังสัมผัสโอโซน:

(1) สระสัมผัสประกอบด้วยห้องสัมผัสสองถึงสามห้องที่เชื่อมต่อกันแบบอนุกรม คั่นด้วยฉากกั้นแนวตั้ง

(2) ห้องสัมผัสแต่ละห้องประกอบด้วยโซนจ่ายก๊าซและโซนปฏิกิริยาต่อเนื่องซึ่งคั่นด้วยแผ่นกั้นแนวตั้ง

(3) ก๊าซโอโซนควรแพร่กระจายลงในน้ำโดยตรงผ่านดิสก์เติมอากาศที่มีรูพรุนขนาดเล็กที่อยู่บริเวณด้านล่างของพื้นที่จ่ายก๊าซ และจำนวนจุดฉีดก๊าซควรสอดคล้องกับจำนวนส่วนในห้องสัมผัส

(4) การจัดเรียงแผ่นเติมอากาศควรทำให้แน่ใจว่าการกระจายอากาศจะสม่ำเสมอในระหว่างกระบวนการเปลี่ยนแปลงการกระจายอากาศ โดยการกระจายอากาศในส่วนแรกจะคิดเป็นประมาณ 50% ของการกระจายอากาศทั้งหมด

(5) ความลึกของน้ำออกแบบของสระสัมผัสควรเป็น 5.5-6 เมตร และอัตราส่วนความลึกต่อความยาวของพื้นที่จ่ายก๊าซควรมากกว่า 4

(6) ระยะห่างที่ชัดเจนระหว่างผนังกั้นทางแยกไม่ควรน้อยกว่า 0.8ม.

(7) จะต้องติดตั้งอุปกรณ์ตรวจสอบโอโซนตกค้างที่ทางออกของถังสัมผัส